XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002
RESFRIAMENTO NOTURNO EM REGIÃO DE PASTAGEM DURANTE O LBA-TRMM - 1999
Ana Elizabethe da Silva, Roberto F. F. Lyra, Marcos R. G. da Silva, Carlos Henrique Eça D’Almeida, Christiane
Cavalcante Leite, Darlan Antônio Ferreira da Silva, Bruno Luiz Ciampi
UFAL/CCEN/ Dpto. de Meteorologia – 57072-970 Maceió - AL
[email protected]
Abstract
In this paper are discussed cases of nocturnal cooling in pasture region during the wet season (campaign 1999 of
the of LBA “Large Scale Biosphere-atmosphere Experiment in Amazonia” ). Strong cooling in a layer about
1,5km had observed. Near the surface the cooling is about 10K and its decrease witch to the up. The cooling rates
maximum are observed in the beginning of the night (about 1K). Preliminary results show nocturnal cooling in the
forest with different features. We believe that the cause of cooling in some days is the cloudiness.
1 -INTRODUÇÃO
Apesar da preocupação mundial e do aumento dos esforços internacionais para a conservação dos recursos
naturais, as florestas tropicais do mundo continuam a desaparecer a taxas sem precedentes. Presume-se que a
alteração dos ciclos de água, energia solar, carbono e nutrientes, resultantes da mudança da cobertura vegetal na
Amazônia, possa acarretar conseqüências climáticas e ambientais em escalas local, regional e global. A fim de
entender essas conseqüências e atenuar seus efeitos negativos, tornam necessário um melhor conhecimento, tanto
de florestas nativas, quanto de vegetação secundária e outras formas de usos da terra.
A floresta tropical amazônica é reconhecida com uma grande região fonte de gases-traço atmosféricos e
aerossóis. Espécies produzidas ou consumidas na floresta são transportadas entre floresta e troposfera através da
camada limite atmosférica (Charles et. al, 1988).
No sistema atmosférico se insere um importante ecossistema. A floresta Amazônica que já foi considerada
o pulmão do mundo, no entanto constatou-se que as florestas não são auto-suficientes e produzem dia a dia a
quantidade de oxigênio necessária para ser absorvida durante a noite, quando a falta de sol, interrompe a
fotossíntese. Crê-se atualmente que a Amazônia funciona como importante fonte de calor para a atmosfera e como
filtro, fixando grandes quantidades de carbono na atmosfera, controlando o efeito estufa (Molion, 1996).
A Camada Limite Atmosférica (CLA) é parte essencial em qualquer estudo micrometeorológico. É no seu
interior que se concentra a maioria das atividades humanas. Seu escoamento é normalmente turbulento. Sua
espessura, tipicamente da ordem do quilômetro é identificada como a altura onde os fluxos turbulentos verticais
médios, são devidamente “negligenciáveis”.
As diferenças de altura na Camada Limite Convectiva (CLC) na pastagem, entre as estações seca e chuvosa
é cerca de 50% (Rocha et. al, 2001). Tratando se da floresta essa diferença e desprezível, pois como ela é um
sistema em equilíbrio não importa se a estação seja seca ou chuvosa, a altura sempre fica em próximo a 1000m
(Silva et. al, 2001). Já no caso da Camada Limite Noturna (CLN) as diferenças, entre as estações seca e chuvosa,
são bastante significativas. A sua espessura na estação chuvosa e da ordem de duas vezes àquela observada na
estação seca (Rocha et. al, 2001).
O objetivo deste trabalho é de investigar os casos onde foram constatados importantes resfriamentos à
noite, na escala da CLA na região desmatada (pastagem) para posteriormente rela-los com o comportamento
termodinâmica da CLN.
2 – METERIAL E MÉTODOS
2.1 – Dados
Foram utilizados dados obtidos durante o experimento LBA(Large scale Biosphere-atmosphere Experiment
in Amazonia) no período entre 24 de janeiro a 20 de fevereiro de 1999, (perfis verticais de temperatura, umidade e
vento obtidos através de Radiossondagens).
As sondagens foram realizadas em uma região de pastagem em Rolim de Moura (11º42’ 17’’S;
061º41’38’’W, 225m). Nos seguintes horários: 2HL, 5HL, 08HL, 11HL, 14HL, 17HL, 20HL, 23HL, no total de
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192 sondagens. Para este estudo foram utilizadas somente as sondagens noturnas nos dias onde foram observados
resfriamentos consideráveis durante a noite.
A análise é baseada na comparação entre dois perfis de Temperatura Potencial Virtual (TPV), de duas
sondagens consecutivas, visando determinar o quanto à camada resfriou durante a noite.
2.2 – Calculo da Temperatura Potencial Virtual (θv)
A temperatura potencial virtual (θv), foi calculada, pela equação a seguir.
θ v = θ (1 + 0,61r)
(1)
θ- temperatura potencial (K)
r- razão de mistura (g/kg)
A temperatura potencial (θ) foi calculada da seguinte forma:
Ra CPa
1000
θ = T

 P 
(2)
T – temperatura (K)
Ra - constante específica do ar seco (287,05 J.kg-1.K-1)
CPa - calor térmico a pressão constante do ar seco (1005 J.kg-1.K-1)
Em seguida, calculamos razão de mistura (r) pela relação clássica:
r = 0,622
e
P−e
(3)
P – pressão atmosférica (hPa)
e – pressão de vapor (hPa)
O valor da pressão de vapor (e), foi obtido pelas equações:
U=
e
×100% (4)
ew(t )
e=
ew( t )
100
U (5)
U – umidade relativa (%)
ew(t) – pressão de vapor à saturação (hPa)
Como já possuíamos os valores de umidade relativa (U), restou calcular a pressão de vapor à saturação
(ew(t)), dada pôr:
ew(t)= 6,1078×10
 a×T 


 b+T 
(6)
a- constante igual a 7,5 quando T > 0 e 9,5 quando T < 0
b- constante igual a 237,3 quando T > 0 e 265,5 quando T < 0
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2.3 – Cálculo do Resfriamento na Camada
O resfriamento foi calculado em uma camada definida da seguinte forma: A partir de dois perfis de θv em
horários consecutivos h1 e h2 (h2=h1+ 3horas), calculo-se a diferença de temperatura (θv) da superfície até o topo
da camada. O topo da camada (ZT) foi definido como sendo o ponto onde os dois perfis se encontram ou onde a
diferença entre eles é mínima (ver exemplo na figura 1).
Para facilitar o cálculo de diferença foram gerados arquivos onde a variação de altura é constante. Para isso
foram calculados os valores de θv a cada 25m através de interpolação linear. É importante salientar que a variação
da altura nos arquivos originais é da ordem de 50m.
17H L
05H L
ZT
3500
3000
A ltu ra (m )
2500
2000
1500
1000
500
0
300
305
310
315
320
T e m p e ratu ra P o te n cial V irtu al (K )
Figura 1: Exemplo de resfriamento da CLA:
perfis das 17HL e das 05HL do dia seguinte. A
linha em vermelho indica a altura da camada
onde houve resfriamento.
A altura da base foi imposta como sendo 25m e o cálculo foi feito através da subtração de θv da sondagem
atual, menos θv da sondagem anterior.
∆θv( Base) = θv(h2) −θv(h1)
(7)
Na Camada inteira, são calculados, em primeiro lugar, as diferenças para cada nível da base até a topo e em
seguida calculada a média aritmética.
Z = Zt
θ v ( camada) =
∑ (θ
z =25
v ( h 2)
n
− θ v ( h1) )
(8)
n- número de níveis
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3 -RESULTADOS E DISCUSSÃO
A discussão será feita levando-se em conta a camada que vai da superfície até a altura do encontro dos
perfis (ZT) a qual, daqui por diante, será denominada de camada de resfriamento.
3.1- Espessura da Camada de Resfriamento
A altura média de encontro entre dois perfis é mostrada na figura 2. Ela apresenta um crescimento até as
2HL e diminui durante o restante da madrugada. A média geral foi 1653 ± 392m. Entre 17 e 20HL a média foi
1357 ± 467m passando para 1522 ± 538m entre 20 e 23HL, 1638 ± 634m entre 23 e 2HL e de 958 ± 352m entre 2 e
5HL.
1800
1600
Altura (m)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
17 a 20HL
20 a 23HL
Hora
23 a 2HL
2 a 5HL
Figura 2 – Evolução da espessura média da camada de resfriamento.
3.2 – Resfriamento na Base da Camada de Resfriamento
O resfriamento na base durante toda noite, é mostrado na figura 3. Como podemos observar ele foi bastante
importante com valores que chegaram a ultrapassar 10K. A diferença de temperatura na base ficou dividida em dois
grupos. Primeiro os valores ficaram próximo a 8K (início e final) e um outro (por volta de 5 de fevereiro) com
valores da ordem de 4K. Aparentemente existe um ciclo com período de aproximadamente 2 semanas. O
resfriamento máximo da ordem de –9,25K na noite de 26 de janeiro entre 17 e 20HL, e o valor mínimo de 0,50K
entre 2 e 5HL na noite de 4 de fevereiro. Durante toda à noite, entre 17 e 5HL, o maior valor registrado foi de –
10,17K, na noite de 26 de fevereiro e o mínimo de –3,75K, na noite de 4 de fevereiro.
0
Temperatura (K)
19-fev
17-fev
15-fev
13-fev
11-fev
9-fev
7-fev
5-fev
3-fev
1-fev
30-jan
28-jan
26-jan
24.Jan
-2
-4
-6
-8
-10
-12
Data
Figura 3 – Diferença de Temperatura Potencial Virtual na base durante toda à noite.
Além do cálculo do resfriamento durante toda à noite foram verificadas a sua evolução entre uma sondagem
e outra ao longo da noite. Em outras palavras, o calculamos o resfriamento entre 17 e 20h, entre 20 e 23h, etc, até as
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5 horas da manhã seguinte. Os resultados (valores médios) do resfriamento a cada 3, ao longo de todo o período em
estudo, são mostrados na figura 4. Como era de se esperar, o resfriamento mais importante ocorre nas primeiras
horas da noite e, em seguida, ele vai diminuindo ao logo do tempo. Os valores médios foram os seguintes: -3,78 ±
2,62K entre 17 e 20HL foi; –2,30 ± 1,24K entre 20 e 23HL; –1,14 ± 0,79K entre 23 e 2HL; –0,58 ± 0,70K entre 2 e
5HL. Já durante toda noite o valor médio foi de –7,03 ± 1,9K.
0
-0,5
17 a 20HL
20 a 23HL
23 a 2HL
2 a 5HL
Temperatura(k)
-1
-1,5
-2
-2,5
-3
-3,5
Hora
-4
Figura 4 – Evolução do resfriamento médio ao longo da noite na base da camada de
resfriamento.
3.3- Evolução da Taxa de Resfriamento na Camada
Os perfis médios da taxa de resfriamento no período estudado estão agrupados na figura 5 bem como o
perfil da média geral. Nela observamos que a velocidade com a qual a camada se resfria diminui ao longo da noite
e também com a altura. Nas primeiras horas da noite (17 a 20HL) o resfriamento médio na superfície é de 1,26K.h-1
e no final da madrugada (2 a 5HL) e de apenas 0,23K.h-1. Os valores tendem a convergir para um valor da ordem
de 0,15K.h-1 por volta de 1400m de altura. O perfil médio é marcado por uma diminuição das taxa de resfriamento
da superfície (0,67K.h-1) até 1400m (0,15K.h-1). Aumenta até 1825m onde é de 0,26K.h-1 e em seguida volta a
diminuir tendendo a zero.
O perfil do início da noite (17 a 20HL) se destaca dos demais também por causa do seu comportamento
uma vez que o mesmo apresenta uma diminuição quase que linear da taxa de resfriamento até cerca de 1300m.
Entre 20 e 23HL as taxas são só menores do que a do perfil anterior nos primeiros 400m em seguida ela cresce
bruscamente e passa a apresentar os maiores valores de todo o conjunto. Os perfis da madrugada têm uma certa
semelhança apresentando taxas crescentes e decrescentes alternadamente à medida que a altura aumenta.
No interior da camada limite noturna as taxas de resfriamento médias são da ordem de 0,8K.h-1 na primeira
metade da noite e algo em torno de 0,25K.h-1 durante a madrugada.
M é d ia
17 a 20h
23 a 02h
02 a 05h
20 a 23h
2500
A ltu ra(m
2000
1500
1000
500
0
0
0 ,5
1
1 ,5
R esfriam en to (K )
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Figura 5 – Perfis verticais da taxa de resfriamento.
4 – CONCLUSÃO
Foram observados resfriamentos importantes ao nível da camada limite atmosférica. Eles foram bem
maiores próximos à superfície e no início da noite. Na superfície a média foi de –7,03K com máxima de –9,25K e
mínima de 0,50K. A espessura média da camada onde o resfriamento foi observado foi de 1654m. As taxas de
resfriamento no seu interior foram bem maiores no início da noite e diminuíram à medida que se aproximava o
nascer do sol. Na superfície a média foi de 0,66K.m-1, sendo máxima entre 17 e 20HL 1,26K.h-1 e mínimo de 0,23
entre 2 e 5HL. Resultados preliminares apontam que o fenômeno aconteceu também na floresta com características
diferentes. Até o momento não foi possível identificar por que só ocorre resfriamento em alguns dias.
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA
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MARTIN, C. L., FITZJARRALD, D., GARSTANG, M., OLIVEIRA, A. P., GRECO, S., BROWELL, E. Struture
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SILVA, M. R. G., ROCHA, C.H.E. A, LYRA, R. F. F., SILVA, A. E., LEITE, C. C. Características
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chuvosa. Anais do XII Congresso Brasileiro de Agrometeorologia e III Reunião latino-americana de
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ROCHA, C. H. E. D., LYRA, R. F. F., SILVA, M. R. G., SILVA, A. E., LEITE, C. C. Evolução da Camada
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‘’LBA WET SEASON/1999’’Anais do XII Congresso Brasileiro de Agrometeorologia e III Reunião latinoamericana de Agrometeorologia, volume II. Julho de 2001.
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